ES3074151T3 - Diagnóstico de fallos durante el funcionamiento de un digestor anaeróbico - Google Patents

Abstract

Los métodos de ejemplo pueden comprender una etapa de preparación, que comprende: seleccionar una falla operativa a diagnosticar y un parámetro operativo asociado a dicha falla; ejecutar múltiples simulaciones en un modelo matemático de digestión anaeróbica (MM-AD) para seleccionar un parámetro de salida que varíe con la variación del parámetro operativo; y determinar una desviación umbral del parámetro de salida que indique que la falla está ocurriendo. Los métodos de ejemplo también pueden comprender una etapa operativa, que comprende: obtener valores medidos del parámetro de salida; obtener valores esperados del parámetro de salida proporcionados por un MM-AD que se ejecuta en paralelo con el funcionamiento del digestor; comparar los valores medidos y los valores esperados a lo largo del tiempo; y determinar que la falla está ocurriendo si la desviación entre el valor medido y el valor esperado supera una desviación umbral. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Diagnóstico de fallos durante el funcionamiento de un digestor anaeróbico

[0003] La presente descripción se refiere a procedimientos y sistemas para el diagnóstico de fallos durante el funcionamiento de una digestión anaeróbica, por ejemplo, fallos en el proceso de digestión anaeróbica del digestor anaeróbico, empleando los resultados de simulaciones del proceso de digestión anaeróbica en un enfoque de ingeniería inversa particular, utilizando la salida para detectar variaciones de entrada; y a sistemas de digestión anaeróbica en los que se aplican estos procedimientos y sistemas.

[0004] ANTECEDENTES

[0005] La digestión anaeróbica es un proceso ampliamente utilizado en la gestión y producción de residuos industriales y domésticos, tales como biogás. Más comúnmente, se utilizan digestores anaeróbicos para producir biogás, comprendiendo los digestores un recipiente sellado conocido como reactor o digestor, que puede diseñarse y construirse de diversas formas y tamaños, para realizar un proceso de digestión anaeróbica sustancialmente controlado en su interior. Generalmente, los procesos anaeróbicos pueden ser lentos y, si se utiliza un digestor, normalmente implican una gran supervisión del operario, para mantener las condiciones de funcionamiento del digestor estables o dentro de un intervalo específico, para producir una cantidad deseada de biogás.

[0006] Aunque el propio proceso de digestión anaeróbica puede ser impredecible o muy propenso a cambios en las condiciones en las que ocurre, existen sistemas que ayudan a predecir el resultado de un digestor (tal como la producción de biogás). Algunos de estos sistemas utilizan simulaciones del proceso que se produce en el digestor utilizando modelos matemáticos de la digestión anaeróbica (MM-AD a continuación), tal como el modelo conocido como modelo de digestión anaeróbica nº 1 (ADM1), u otros tales como BIOmodel, AMOCO, etc., que modela el funcionamiento del digestor, y son capaces de simular la salida de biogás y otros parámetros a lo largo del tiempo durante el funcionamiento del digestor. Más precisamente, un MM-AD puede simular el estado estacionario y el comportamiento dinámico de un digestor anaeróbico. Tradicionalmente, estos modelos se han utilizado para predecir la producción de biogás de digestores anaeróbicos.

[0007] El diagnóstico de fallos de funcionamiento, o fallos durante el funcionamiento, de un digestor anaeróbico actualmente se lleva a cabo solamente reaccionando ante mediciones de las salidas del digestor en base a referencias generales, por ejemplo, indicadas en manuales, protocolos de buenas prácticas, etc. En consecuencia, la detección de fallos no es rápida ni eficiente y, después de que se diagnostica un fallo, puede tardar varias semanas antes de que el proceso anaeróbico vuelva a un funcionamiento estable.

[0008] ERSAHIN MUSTAFA EVREN ED - MORENO JAIME A y otros: "Modeling the dynamic performance of full-scale anaerobic primary sludge digester using Anaerobic Digestion Model No.1 (ADM1)", BIOPROCESS ANO BIOSYSTEMS ENGINEERING, SPRINGER, DE, vol.41, nº 10, 12 de Julio de 2018 (2018-07-12), páginas 1539-1545 describe modelos que pueden utilizarse para predecir el rendimiento de un digestor de lodos a gran escala. XUE LEI y otros: "Nonlinear model predictive control of anaerobic digestion process based on reduced ADM1", 2015 10TH ASIAN CONTROL CONFERENCE (ASCC), IEEE, 31 de Mayo de 2015 (31-05-2015), páginas 1-6 describe un algoritmo para controlar el proceso de digestión anaeróbica en plantas de biogás. ORDACE A y otros: "Predictive control of anaerobic digestion of wastewater sludge. A feasibility study", 201216TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON SYSTEM THEORY, CONTROL ANO COMPUTING (12-10-2012) páginas 1-7, describe análisis, modelado, identificación y control predictivo de un proceso de digestión anaeróbica. El documento de patente WO 2013/138690 A1 describe fotobiorreactores para el cultivo y/o propagación de un organismo fotosintético. El documento de US 2009/048816 A1 describe un procedimiento para la predicción en línea del rendimiento de una unidad de fermentación. KAZEMI PEZHAM ER AL: "Data-driven techniques for fault detection in an anaerobic digestion process", PROCESS SAFETY AND ENVIRONMENTAL PROTECTION, INSTITUTION OF CHEMICAL ENGINEERS, RUGBY, GB, vol.146, 24 de Diciembre de 2020 (24-12-2020), páginas 905-915 describe un marco para detectar fallos aleatorios en procesos AD.

[0009] Existe, por lo tanto, la necesidad de detectar y diferenciar fallos de funcionamiento en digestores anaeróbicos de una manera suficientemente avanzada con el tiempo, para mejorar la predicción de fallos, minimizando así el tiempo de reacción y corrección de dichos fallos, manteniendo una alta productividad de biogás, y reduciendo el riesgo de tiempos de inactividad.

[0010] Los inventores han descubierto ahora que los fallos pueden detectarse y anticiparse utilizando un proceso de ingeniería inversa para aprovechar las salidas de una simulación de MM-AD y evaluar las condiciones de entrada y de funcionamiento que han provocado esas salidas, comparándolas con valores de referencia que se han previsto previamente.

[0011] DESCRIPCIÓN

[0012] De acuerdo con un aspecto de la presente descripción, se presenta un procedimiento para diagnosticar fallos de funcionamiento durante el funcionamiento de un digestor anaeróbico, que comprende una etapa de preparación, en la que un modelo matemático de digestión anaeróbica (MM-AD) se ejecuta en un sistema informático. La etapa de preparación comprende:

[0013] - seleccionar un fallo de funcionamiento a diagnosticar;

[0014] - seleccionar un parámetro de funcionamiento OP-P que está asociado al fallo de funcionamiento seleccionado; y - realizar múltiples simulaciones en el MM-AD para:

[0015] - seleccionar un parámetro de salida OUT-P que varía con una variación del parámetro de funcionamiento OP-P; y

[0016] - determinar una desviación umbral del parámetro de salida OUT-P que indica que se está produciendo el fallo de funcionamiento.

[0017] Por parámetro de funcionamiento "asociado" a un fallo de funcionamiento se entiende que existe una relación conocida entre el parámetro y el fallo, de manera que se sabe que el parámetro de funcionamiento varía cuando se produce el fallo.

[0018] La etapa de preparación proporciona un estado de fallo, es decir, la desviación umbral de un parámetro de salida que indica que se está produciendo el fallo de funcionamiento, y este estado de fallo se utiliza en la etapa de funcionamiento del digestor posterior, para diagnosticar y/o predecir el fallo de funcionamiento.

[0019] El procedimiento puede comprender, además, después de la etapa de preparación, una etapa de funcionamiento del digestor, en la cual se ejecuta un modelo matemático de digestión anaeróbica (MM-AD) en un sistema informático, en paralelo con el funcionamiento físico del digestor anaeróbico, para simular el funcionamiento del digestor a lo largo del tiempo. Dicha etapa de funcionamiento del digestor comprende:

[0020] - entrar en el MM-AD los valores nominales de los parámetros cinéticos y los parámetros de funcionamiento del digestor;

[0021] - iniciar el funcionamiento del digestor y la simulación del MM-AD;

[0022] - obtener a lo largo del tiempo valores medidos MV del parámetro de salida OUT-P del digestor, utilizando sensores y/o realizando análisis de muestras;

[0023] - obtener a lo largo del tiempo valores esperados EV del parámetro de salida OUT-P, tal como proporciona el MM-AD;

[0024] - comparar los valores medidos MV y los valores esperados EV del parámetro de salida OUT-P, a lo largo del tiempo;

[0025] - determinar que se está produciendo el fallo de funcionamiento si la desviación entre el valor medido MV y el valor esperado EV del parámetro de salida OUT-P se encuentra por encima de la desviación umbral determinada en la etapa de preparación.

[0026] “Por encima de la desviación umbral" se refiere a que la desviación entre el valor medido MV y el valor esperado EV del parámetro de salida OUT-P es mayor que la desviación umbral.

[0027] Ejecutar el MM-AD "en paralelo" con el funcionamiento físico del digestor se refiere a que el funcionamiento del digestor y el MM-AD se inician sustancialmente al mismo tiempo. En el MM-AD se entran también los mismos parámetros cinéticos y de funcionamiento establecidos en el digestor y, por lo tanto, el MM-AD simula el funcionamiento del digestor en tiempo real, es decir, sustancialmente "sincronizado" con el digestor.

[0028] En virtud de los datos obtenidos en la etapa de preparación, y del funcionamiento posterior en paralelo del digestor y el MM-AD, el procedimiento reivindicado permite diagnosticar y/o predecir fallos de funcionamiento en un digestor anaeróbico simplemente controlando el comportamiento de parámetros de salida específicos, por ejemplo, parámetros de salida que se miden fácilmente, por ejemplo, con sensores y se monitorizan durante el funcionamiento del digestor.

[0029] Por lo tanto, al contrario del uso conocido de modelos de digestor anaeróbico simplemente para predecir las salidas (por ejemplo, la producción de biogás) que se esperan en el digestor, la presente descripción presenta procedimientos en los que las simulaciones de MM-AD se utilizan también para identificar las variaciones de parámetros de funcionamiento que están provocando una variación de una salida del digestor, y diagnosticar fallos de funcionamiento que están asociados a la variación de los parámetros de funcionamiento.

[0030] La presente descripción también se refiere a sistemas para diagnosticar fallos de funcionamiento durante el funcionamiento de un digestor anaeróbico, y a sistemas digestores anaeróbicos, de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.

[0031] En particular, de acuerdo con un aspecto, la presente descripción se refiere a un sistema digestor anaeróbico, que comprende:

[0032] - un digestor anaeróbico;

[0033] - un sistema informático con un modelo matemático de digestión anaeróbica (MM-AD), en el que, en la etapa de funcionamiento del digestor, el MM-AD se ejecuta en paralelo con el funcionamiento físico del digestor anaeróbico para simular el funcionamiento del digestor a lo largo del tiempo;

[0034] - unos sensores, o un sistema de recogida de muestras, para obtener mediciones de parámetros de salida durante el funcionamiento del digestor anaeróbico; y

[0035] - un procesador para diagnosticar fallos durante una etapa de funcionamiento del digestor, estando configurado el procesador para:

[0036] - recibir, a lo largo del tiempo, valores medidos de un parámetro de salida del digestor;

[0037] - recibir del MM-AD, a lo largo del tiempo, valores esperados del parámetro de salida;

[0038] - comparar, a lo largo del tiempo, los valores medidos y los valores esperados del parámetro de salida; y - determinar que se está produciendo un fallo de funcionamiento si la desviación entre el valor medido y el valor esperado del parámetro de salida se encuentra por encima de una desviación umbral predeterminada.

[0039] En todas las realizaciones de la presente descripción, la determinación de que se está produciendo un fallo de funcionamiento puede provocar que se envíe, por ejemplo, mediante el procesador, una señal de advertencia, un informe de comprobación de fallos o informe de estado, una salida de datos, u otros, de manera que los operarios a cargo del digestor puedan conocer el estado potencialmente anómalo del proceso de digestión.

[0040] La presente descripción también se refiere a productos de programas informáticos que comprenden instrucciones que, cuando el programa se ejecuta por un ordenador, hacen que el ordenador lleve a cabo las etapas de procedimientos de ejemplo descritos aquí y/o controle un digestor anaeróbico.

[0041] BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0042] A continuación se describirán unos ejemplos no limitativos de la presente descripción, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los cuales:

[0043] La figura 1 es un diagrama esquemático que muestra los componentes principales de un digestor anaeróbico; La figura 2 es un diagrama de flujo de una etapa de preparación de acuerdo con un ejemplo del procedimiento de acuerdo con la presente descripción;

[0044] La figura 3 es una gráfica esquemática para ilustrar parte de la etapa de preparación de la figura 2;

[0045] La figura 4 es un diagrama de flujo de una etapa de funcionamiento del digestor de acuerdo con un procedimiento de ejemplo de acuerdo con la presente descripción;

[0046] La figura 5 es un diagrama esquemático que muestra los componentes principales de un digestor anaeróbico que funciona de acuerdo con un procedimiento de ejemplo de la presente descripción; y

[0047] La figura 6 es una gráfica esquemática para ilustrar parte de la etapa de preparación de acuerdo con un ejemplo específico.

[0048] DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES

[0049] En el funcionamiento de un digestor anaeróbico, se introduce un sustrato en la entrada del digestor y, mientras se está produciendo el proceso anaeróbico dentro del reactor del digestor, se da salida a un efluente (normalmente en forma líquida o semilíquida) y un gas (biogás, que comprende diferentes tipos de gases) a través de sus salidas respectivas.

[0050] Además, un digestor comprende normalmente una pluralidad de interfaces (GUIs, botones de operación, etc...) que permiten la supervisión y el funcionamiento del digestor por parte de un operario, y también puede comprender, por ejemplo, una pluralidad de sensores que pueden permitir medir diferentes parámetros relacionados con las entradas, las salidas u otras variables medibles dentro del digestor, y/o un sistema para tomar muestras del efluente, la salida de biogás, etc., y analizar las muestras en un laboratorio.

[0051] De acuerdo con los ejemplos de la presente descripción, puede realizarse una primera parte de un procedimiento para diagnosticar fallos (en lo sucesivo "etapa de preparación") antes del funcionamiento del digestor anaeróbico, y puede realizarse una segunda parte (en lo sucesivo "etapa de funcionamiento") mientras se está produciendo el funcionamiento del digestor.

[0052] La primera parte del procedimiento, es decir, la etapa de preparación, se realiza para caracterizar uno o más estados de fallo del digestor y/o el proceso de digestión: por ejemplo, tal como se describirá en detalle a continuación, como resultado de esta etapa de preparación, puede establecerse que una cierta desviación que se da en un parámetro determinado, respecto a un valor esperado, esté asociada a un fallo de funcionamiento específico del digestor. Esta etapa de preparación se realiza fuera de línea, sin necesidad de que el propio digestor esté en funcionamiento, y utilizando un sistema informático, que ejecuta típicamente un modelo matemático de digestión anaeróbica (MM-AD), por ejemplo, ADM1.

[0053] La segunda parte del procedimiento, es decir, la etapa de funcionamiento, implica diagnosticar realmente fallos que se producen en el digestor anaeróbico, tal como se describirá en detalle a continuación, y se realiza mientras el digestor se encuentra en funcionamiento y el proceso de digestión anaeróbica se está produciendo dentro del digestor. La etapa de funcionamiento del procedimiento también implica utilizar un sistema informático que ejecuta un MM-AD, por ejemplo, ADM1, que puede ser el mismo modelo utilizado para la primera parte.

[0054] Un modelo de MM-AD se alimenta con parámetros cinéticos y parámetros de funcionamiento de un proceso anaeróbico específico, y simula cómo se espera que se comporte el proceso de digestión anaeróbica durante el funcionamiento del digestor. Por lo tanto, cuando se realiza una simulación de un proceso de digestión anaeróbica de un digestor anaeróbico específico utilizando el MM-AD, el modelo proporciona valores esperados de los parámetros de salida del digestor a lo largo del tiempo, es decir, proporciona información sobre el rendimiento esperado y las salidas físicas del digestor en un futuro período de tiempo, en caso de que no se produzcan fallos en el digestor durante el funcionamiento.

[0055] Los parámetros del digestor utilizados por un modelo MM-AD, por ejemplo ADM1, pueden agruparse de la siguiente manera:

[0056] A) Parámetros cinéticos: parámetros que describen las propiedades del propio digestor, por ejemplo, capacidad de reacción o capacidad decreciente de la biomasa dentro del digestor. Por ejemplo, dependiendo del MM-AD utilizado, algunos parámetros pueden ser k<h>(constante de hidrólisis, que representa la capacidad de los microorganismos del digestor para degradarse) y B<0>(que representa cuánto biogás puede producir el digestor a partir de la alimentación de sustrato en el digestor). Este tipo de parámetros caracteriza cómo es el digestor, y no pueden manipularse durante el proceso anaeróbico. Por ejemplo, si se utiliza ADM1, k<h>y B<0>se calibran antes de realizar una simulación, tal como es conocido, teniendo en cuenta las características del digestor específico. B) Parámetros de funcionamiento: parámetros que describen las entradas del digestor cuando está en funcionamiento. Más precisamente, los parámetros de funcionamiento pueden comprender parámetros que describen las entradas físicas del digestor, tales como el flujo de entrada de sustrato (cuánto sustrato se introduce en el digestor), o la composición de materia orgánica del sustrato; y parámetros relacionados con el funcionamiento, tales como la temperatura establecida dentro del digestor, el tiempo de funcionamiento establecido para que funcione el digestor, etc. Este tipo de parámetros caracteriza cómo funciona el digestor, y pueden ser manipulados por el operario del digestor durante el proceso anaeróbico, por ejemplo, ajustando parámetros relacionados con el funcionamiento del digestor a través de una GUI, o introduciendo físicamente más o menos sustrato en la entrada del digestor. Las variaciones de uno de estos parámetros mientras se realiza el proceso de digestión anaeróbica dentro del digestor pueden provocar fallos en el digestor o un mal funcionamiento del mismo.

[0057] C) Parámetros de salida: parámetros que describen la salida del digestor cuando está en funcionamiento. Más precisamente, los parámetros de salida pueden comprender, por ejemplo, flujo de salida de biogás (o salida de un tipo específico de un gas comprendido dentro del biogás), flujo de salida de efluente, y la composición de la materia orgánica del efluente, tal como contenido de nitrógeno en el efluente, o contenido de ácidos grasos volátiles en el efluente. Este tipo de parámetros caracteriza el rendimiento del digestor, es decir, la salida o resultado del proceso anaeróbico realizado dentro del digestor. Algunos de estos parámetros pueden medirse a través de sensores y/o a través de análisis de muestras, y/o monitorizarse durante el proceso anaeróbico. A continuación, y en las figuras adjuntas, los parámetros de funcionamiento se indicarán, en general, como OP-P, y los parámetros de salida se indicarán, en general, como OUT-P, y se utilizarán algunos ejemplos de tales parámetros OP-P y OUT-P: por ejemplo, un OP-P puede ser el flujo de entrada del sustrato Qin, y un OUT-P puede ser el flujo de biogás de salida BGout.

[0058] Durante el funcionamiento de un digestor anaeróbico, una variación de uno o más parámetros de funcionamiento específicos OP-P del digestor, respecto a los valores nominales que se establecen para el funcionamiento del digestor, puede ser un indicador de un fallo de funcionamiento del digestor: por ejemplo, si hay una disminución en el flujo de entrada de sustrato Qin respecto a un valor nominal del flujo de entrada del sustrato, esto puede ser causado por un "fallo" en el digestor, tal como la obstrucción de una válvula o conducto de entrada, o un mal funcionamiento de una bomba.

[0059] Además, cuando un parámetro de funcionamiento OP-P varía durante el funcionamiento, esta variación puede provocar la variación de uno o más parámetros de salida OUT-P del digestor: por ejemplo, si el flujo de entrada del sustrato Qin disminuye, entonces el flujo de biogás de salida BGout también disminuye. El nivel o valor de algunos parámetros de salida puede variar rápidamente, por ejemplo, en minutos u horas desde la variación de un parámetro de funcionamiento, mientras que otros pueden variar sólo lentamente a lo largo del tiempo, por ejemplo, puede tardar días observar la variación del parámetro de salida OUT-P una vez que el parámetro de funcionamiento OP-P ha variado. Por otra parte, para algunas combinaciones de OP-P y OUT-P la variación de OUT-P puede ser sólo temporal, mientras que para otras combinaciones la variación puede durar con el tiempo.

[0060] En base a esto, en la presente invención, se aplica un análisis de ingeniería inversa particular de las salidas simuladas en un MM-AD, detectando una desviación significativa de un parámetro de salida OUT-P (por ejemplo, flujo de biogás de salida BGout) respecto a un valor esperado, durante el funcionamiento del digestor, permitiendo dicha desviación que un operario detecte indirectamente que un parámetro de funcionamiento OP-P (por ejemplo, flujo de entrada de sustrato Qin) ha variado en el digestor y, por lo tanto, determine que se ha producido o puede producirse un fallo de funcionamiento asociado a una variación del parámetro de funcionamiento (por ejemplo, obstrucción de la válvula de entrada o conducto).

[0061] Los procedimientos de ejemplo tal como se describen aquí pueden permitir la detección temprana de fallos de funcionamiento, de manera que puede lograrse un funcionamiento fluido y eficiente del digestor a lo largo del tiempo, con salidas satisfactorias u óptimas, y pueden evitarse tiempos de inactividad.

[0062] La figura 1 ilustra esquemáticamente un sistema básico de digestión anaeróbica en el que pueden realizarse procedimientos de acuerdo con la presente descripción. En la figura 1, se alimenta un digestor anaeróbico 10 con un flujo de entrada de sustrato 20, típicamente rico en materia orgánica a tratar, a través de una entrada del digestor 21. Dentro del digestor tiene lugar un proceso anaeróbico y, a través de una salida de efluente correspondiente 31, sale un flujo efluente líquido o semilíquido 30, mientras que, a través de una salida de gas correspondiente 41, sale un flujo de biogás 40. Se disponen varios sensores 50 para tomar lecturas a lo largo del tiempo de varios parámetros del digestor y el proceso de digestión, incluyendo parámetros de salida OUT-P relacionados con el efluente y el biogás, tales como, por ejemplo, temperatura, presión, caudal, etc. El análisis y las pruebas experimentales también pueden realizarse fuera de línea, es decir, en un laboratorio y no en el propio digestor anaeróbico, tomando muestras, por ejemplo, del flujo de efluente y/o biogás.

[0063] También puede disponerse un procesador 60, por ejemplo, un microprocesador o CPU, para recibir entradas antes y durante el funcionamiento del digestor tal como se describe aquí, por ejemplo, entradas de sensor 55 de unos sensores 50, y/o entradas de usuario 56 respecto a parámetros cinéticos y/o de funcionamiento, o respecto a resultados de análisis y pruebas fuera de línea; realizar por lo menos la etapa de funcionamiento de los procedimientos de ejemplo descritos aquí para diagnosticar fallos durante el funcionamiento del digestor; y emitir alertas o advertencias en cualquier forma, por ejemplo, alarmas visuales o audibles, informes de salida por ordenador, o cualquier otro, cuando se diagnostica un fallo de funcionamiento potencial. El procesador 60 también puede proporcionar informes periódicos, por ejemplo, diariamente, o informes bajo demanda del usuario, conteniendo dichos informes el diagnóstico de fallos de funcionamiento.

[0064] El operario (es decir, un operario humano) encargado del digestor anaeróbico puede recibir dichas alertas o advertencias, realizar cualquier verificación adecuada, y decidir si realiza cualquier mantenimiento, reparación, calibración, etapa de ajuste del proceso, o similar, hacia un funcionamiento satisfactorio u óptimo del proceso de digestión anaeróbica a lo largo del tiempo.

[0065] La etapa de preparación puede realizarse utilizando el mismo procesador 60 u otro sistema informático independiente y/o remoto.

[0066] A continuación, se describe con más detalle la primera y la segunda parte de un procedimiento de acuerdo con la presente descripción (es decir, la etapa de preparación y la etapa de funcionamiento).

[0067] Etapa de preparación del procedimiento: determinar un estado de fallo en base al comportamiento de un parámetro de salida

[0068] La etapa de preparación del procedimiento se realiza, utilizando un MM-AD, para:

[0069] ⦁ seleccionar por lo menos un parámetro de salida OUT-P, por ejemplo, uno que varíe significativamente con una variación de un parámetro de funcionamiento OP-P que esté asociado a un fallo de funcionamiento, y que pueda medirse en el digestor; y

[0070] ⦁ determinar una desviación umbral del parámetro de salida OUT-P que indica que se está produciendo el fallo de funcionamiento.

[0071] De este modo, esta etapa de preparación permite caracterizar un fallo de funcionamiento del digestor en función del comportamiento de uno o más parámetros de salida OUT-P, que pueden medirse durante la etapa de funcionamiento del digestor; más específicamente, un comportamiento que consiste en una desviación excesiva de un valor esperado.

[0072] Por ejemplo, una etapa de preparación realizada con un MM-AD, de un procedimiento de ejemplo para diagnosticar fallos, puede comprender, tal como se ilustra en la figura 2:

[0073] ⦁ En 210, seleccionar un fallo de funcionamiento a diagnosticar, y un parámetro de funcionamiento OP-P asociado al fallo;

[0074] ⦁ Para este parámetro de funcionamiento OP-P que se sabe que varía cuando se produce el fallo, se llevan a cabo múltiples simulaciones en 220, para un conjunto de valores del parámetro de funcionamiento OP-P, y se determina en 230 un conjunto de valores correspondientes de un número de parámetros de salida OUT-P; y ⦁ En base al resultado de las simulaciones:

[0075] ∘ se selecciona, en 240, por lo menos un parámetro de salida OUT-P, que es sensible a la variación del parámetro de funcionamiento OP-P (es decir, que varía significativamente con una variación del parámetro de funcionamiento), y que puede medirse (por ejemplo, con sensores, y/o análisis de muestras) durante el funcionamiento del digestor; y

[0076] ∘ para un parámetro de salida seleccionado OUT-P:

[0077] ▪ se determina, en 250, un valor de referencia RV del parámetro de salida OUT-P, correspondiente a un valor nominal previsto N del parámetro d funcionamiento OP-P durante el funcionamiento del digestor; ▪ se selecciona, en 260, un porcentaje de variación %Δ(OP-P) del parámetro de funcionamiento OP-P, respecto al valor nominal N, que se sabe que indica un fallo de funcionamiento asociado; y

[0078] ▪ se determina, en 270, un porcentaje de variación %Δ(OUT-P) del parámetro de salida OUT-P, correspondiente al porcentaje de variación %Δ(OP-P) seleccionado del parámetro de funcionamiento OP-P y, en 280, se establece este porcentaje de variación %Δ(OUT-P) como la desviación umbral TD del parámetro de salida OUT-P, respecto al valor de referencia RV, que indica que se está produciendo el fallo de funcionamiento.

[0079] Por "valor nominal" de un parámetro de funcionamiento, se entiende el valor del parámetro que se establece para el funcionamiento del digestor y, por lo tanto, también se entra en el MM-AD para simular el funcionamiento del digestor.

[0080] La figura 3 muestra una representación gráfica de cómo puede obtenerse la desviación umbral TD de un parámetro de salida seleccionado OUT-P, en base a las simulaciones ejecutadas en el MM-AD en la etapa de preparación. En la figura 3, N es el valor nominal de OP-P establecido para el funcionamiento del digestor, y la función F representa la variación de OUT-P con OP-P, tal como se obtiene a partir de las simulaciones ejecutadas en el MM-AD en esta fase de preparación (por ejemplo, por regresión lineal); para el valor nominal N de OP-P, hay un valor de referencia correspondiente RV de OUT-P, es decir, el valor esperado de OUT-P cuando el digestor está funcionando correctamente.

[0081] Durante el funcionamiento del digestor, el valor de OP-P puede experimentar ligeras variaciones a lo largo del tiempo: OP-P puede oscilar alrededor del valor nominal y, por lo tanto, OUT-P puede oscilar también alrededor del valor de referencia RV, y esto sin que se produzca un fallo. Sin embargo, se sabe, por ejemplo, en base a datos experimentales e históricos y/o a la experiencia de un operario experto, que un cierto porcentaje de variación %Δ(OP-P) del parámetro de funcionamiento OP-P indica un fallo de funcionamiento asociado. Por ejemplo, una disminución de un 5 % del flujo de entrada del sustrato respecto al valor nominal puede indicar, por ejemplo, una obstrucción de la entrada o un mal funcionamiento de la bomba/válvula.

[0082] Este porcentaje de variación %Δ(OP-P) del parámetro de funcionamiento OP-P se emplea para determinar el porcentaje de variación %Δ(OUT-P) correspondiente del parámetro de salida OUT-P de acuerdo con la función F, tal como se aprecia en la gráfica de la figura 2: por ejemplo, una variación de un -20% (disminución). Es decir, si el valor del parámetro de salida OUT-P varía del valor de referencia RV en un -20%, esto significa que el parámetro de funcionamiento OP-P ha variado en un -5% y, por lo tanto, el fallo de funcionamiento asociado se está produciendo. La variación %Δ(OUT-P) de OUT-P es, por lo tanto, una desviación umbral TD, y puede utilizarse como estado de fallo.

[0083] Durante el funcionamiento del digestor, si hay una desviación del parámetro de salida OUT-P respecto al valor de referencia esperado RV que va más allá de la desviación umbral TD, esto muestra que el fallo se está produciendo: por lo tanto, la desviación umbral TD representa un "estado de fallo" que permite determinar el fallo de funcionamiento. Esto se establece como una desviación porcentual respecto al valor de referencia RV del parámetro de salida OUT-P.

[0084] Una vez que se ha determinado por lo menos un estado de fallo para un fallo de funcionamiento, puede guardarse una tabla de consulta con cada fallo de funcionamiento y su estado de fallo correspondiente en una base de datos para su uso posterior.

[0085] Durante la etapa de funcionamiento del procedimiento, que implica el funcionamiento físico del digestor y la simulación de MM-AD que se ejecuta en paralelo, el valor del parámetro de funcionamiento experimenta oscilaciones a lo largo del tiempo, dentro de lo que se considera el funcionamiento normal del digestor, y así lo hacen múltiples otros parámetros de funcionamiento que influyen en los parámetros de salida: el valor de referencia correspondiente RV para el parámetro de salida OUT-P oscila también, por lo tanto, durante el funcionamiento. Por consiguiente, durante la etapa de funcionamiento del procedimiento, el valor de referencia RV para el parámetro de salida OUT-P no es constante a lo largo del tiempo: es el valor del parámetro de salida OUT-P que proporciona el MM-AD, es decir, el valor que se espera o se predice en cada momento, teniendo en cuenta todas las interacciones que tiene en cuenta el MM-AD. La desviación de los valores medidos del parámetro de salida OUT-P respecto a los valores esperados dados por el MM-AD se monitoriza, por lo tanto, a lo largo del tiempo, y se compara con la desviación umbral TD determinada en la etapa de preparación (por ejemplo, guardada como una tabla de consulta en una base de datos, o de cualquier otra manera), para establecer si se cumple el estado de fallo y se está produciendo el fallo. Por otra parte, la variación de un parámetro de salida OUT-P en función de un parámetro de funcionamiento OP-P puede ser diferente de lineal y, por lo tanto, en algunos casos, extrapolar la desviación umbral TD a diferentes valores nominales del OP-P puede dar resultados pobres en el diagnóstico de un fallo. En algunos ejemplos del procedimiento, la etapa de preparación puede implicar ejecutar simulaciones en el MM-AD para obtener varios valores de la desviación umbral TD, para diferentes valores nominales N del parámetro de funcionamiento. Por ejemplo, puede realizarse una única etapa de preparación para obtener datos para diferentes valores nominales de un parámetro de funcionamiento OP-P, y los datos relevantes pueden utilizarse más tarde en diferentes etapas de funcionamiento del digestor, con diferentes valores del parámetro de funcionamiento nominal OP-P.

[0086] La etapa de preparación puede realizarse para cada fallo de funcionamiento que se va a diagnosticar durante el funcionamiento del digestor con procedimientos tal como se describe aquí, y para los que hay uno o más parámetros de funcionamiento que se sabe que varían como consecuencia del fallo de funcionamiento, o hay uno o más parámetros de funcionamiento que se encuentran que varían, simulando diferentes fallos de funcionamiento en el MM-AD.

[0087] La desviación umbral TD puede determinarse y aplicarse durante diferentes intervalos de tiempo: por ejemplo, en la etapa de preparación puede determinarse para un solo día, o durante un intervalo de tiempo de 5 días consecutivos, u otros, y puede aplicarse entonces en consecuencia para monitorizar fallos durante la etapa de funcionamiento. También pueden preverse otros tipos de estados de fallo, tales como estados de fallo basados en más de un parámetro de salida OUT-P, o basados en una combinación de parámetros y estados de salida.

[0088] Etapa de funcionamiento del procedimiento: diagnóstico de fallos mediante la monitorización de un parámetro de salida y comparación del mismo con un valor esperado

[0089] Después de una etapa de preparación tal como se ha descrito anteriormente y tal como se ha ilustrado en las figuras 2 y 3, en la que, en relación con un fallo de funcionamiento a diagnosticar, se ha seleccionado un parámetro de funcionamiento OP-P y un parámetro de salida OUT-P, y se ha determinado una desviación umbral TD, la etapa de funcionamiento del digestor de un procedimiento de ejemplo para diagnosticar fallos comprende, tal como se representa en la figura 4:

[0090] ⦁ El digestor anaeróbico se pone en funcionamiento, en 410;

[0091] ⦁ En paralelo con este funcionamiento físico del digestor, un modelo matemático de digestión anaeróbica (MM-AD) simula el funcionamiento del digestor, en 420;

[0092] ⦁ A lo largo del tiempo, durante el funcionamiento del digestor, se obtienen valores medidos MV del parámetro de salida OUT-P a través de unos sensores y/o a través de resultados de pruebas experimentales, en 430; ⦁ En paralelo con el funcionamiento del digestor, el MM-AD proporciona valores esperados EV del parámetro de salida OUT-P, en 440;

[0093] ⦁ Los valores medidos MV y los valores esperados EV del parámetro de salida OUT-P se comparan, a lo largo del tiempo, en 450; y

[0094] ⦁ En 460, si la desviación entre MV y EV se encuentra por encima del porcentaje de desviación umbral TD, tal como se determina en la etapa de preparación, esto indica que el parámetro de funcionamiento OP-P ha variado, y se determina que el fallo de funcionamiento asociado a la variación del parámetro de funcionamiento OP-P puede ocurrir en el digestor. El operario encargado del digestor puede utilizar entonces esta información para verificar y controlar el digestor según sea conveniente.

[0095] Se entiende que los parámetros cinéticos y de funcionamiento del digestor se entran en el MM-AD antes del comienzo de la simulación.

[0096] El MM-AD se ejecuta en paralelo con el funcionamiento físico del digestor: es decir, el MM-AD simula a lo largo del tiempo el funcionamiento del digestor, con los mismos parámetros cinéticos nominales y parámetros de funcionamiento nominales que se establecen para el digestor; y proporciona los valores de los parámetros de salida que se esperan a lo largo del tiempo en el digestor, suponiendo que el digestor funciona sin fallos y los parámetros cinéticos y de funcionamiento permanecen sustancialmente alrededor de sus valores nominales, sólo con oscilaciones menores.

[0097] Se entenderá que los ejemplos del procedimiento permiten detectar y/o predecir fallos de funcionamiento en el digestor simplemente monitorizando el comportamiento de parámetros de salida específicos, por ejemplo, parámetros de salida que se miden típicamente durante el funcionamiento, y sin necesidad de medir o estimar, durante la etapa de funcionamiento físico del digestor anaeróbico y teniendo en cuenta variaciones que pueden haberse producido en los parámetros de funcionamiento nominales que se establecieron para el digestor.

[0098] La figura 5 ilustra muy esquemáticamente los componentes principales de un digestor anaeróbico que funciona de acuerdo con el procedimiento de la figura 4. En la figura 5, el digestor anaeróbico 10, como en la figura 1, se alimenta con un sustrato a través de una entrada 21, y da salida a efluente a través de una salida de efluente 31 y biogás a través de una salida de gas 41. Se disponen unos sensores 50 para tomar lecturas a lo largo del tiempo de los parámetros de salida OUT-P. Los valores de los parámetros de salida OUT-P también pueden obtenerse tomando muestras, por ejemplo, del flujo de efluente y/o biogás y analizando las muestras fuera de línea, por ejemplo, en un laboratorio.

[0099] El procesador 60 recibe lecturas 55 de los valores medidos MV de un parámetro de salida OUT-P de los sensores 50 y/o del análisis de muestras, y también recibe datos 85 de los valores esperados EV del parámetro de salida OUT-P de un sistema informático 70 que ejecuta un MM-AD 80 en paralelo con el funcionamiento del digestor 10.

[0100] El procesador 60 comprende una memoria 61, en la cual se han guardado previamente un estado de fallo (concretamente, la desviación umbral TD para el parámetro de salida OUT-P determinado en la etapa de preparación). A lo largo del tiempo, el procesador 60 compara la desviación entre los valores esperados EV y los valores medidos MV, como en la etapa del procedimiento 450 de la figura 4; y, en base a la comparación, determina si se está produciendo el fallo, como en la etapa del procedimiento 460 de la figura 4.

[0101] La etapa de preparación y la etapa de funcionamiento del digestor no se realizan necesariamente una después de la otra con poca diferencia de tiempo, y las dos etapas no están necesariamente emparejadas: (es decir, una etapa de preparación antes de cada etapa de funcionamiento del digestor prevista de acuerdo con los procedimientos descritos anteriormente). Además, puede utilizarse el mismo sistema informático en ambas etapas del procedimiento; alternativamente, pueden utilizarse diferentes sistemas informáticos en cada etapa.

[0102] De hecho, generalmente no hay necesidad de realizar una etapa de preparación cada vez que se va a poner en funcionamiento un digestor (es decir, para cada etapa de funcionamiento del digestor). Puede ser suficiente realizar una etapa de preparación para obtener estados de fallo para múltiples valores de parámetros cinéticos y parámetros de funcionamiento de un digestor, y utilizar los estados de fallo obtenidos en una etapa de funcionamiento de digestor posterior, en cualquier digestor que tenga la estructura física, dimensiones, parámetros cinéticos y de funcionamiento, etc., utilizados en la etapa de preparación.

[0103] De acuerdo con la presente descripción, se prevé realizar una etapa de preparación para múltiples estados de fallo, parámetros de funcionamiento, y valores nominales específicos de una cinética del digestor anaeróbico y parámetros de funcionamiento, y guardar los datos resultantes obtenidos para caracterizar los estados de fallo (por ejemplo, desviaciones umbral para el(los) parámetro(s) de salida relevante para cada fallo de funcionamiento), y posteriormente utilizar los datos guardados realizando sólo la etapa de funcionamiento del procedimiento descrito, en diferentes digestores anaeróbicos.

[0104] EJEMPLO 1

[0105] A continuación se describirá en detalle un ejemplo particular, no limitativo y sencillo, del procedimiento, aplicado a un fallo de funcionamiento particular y a un parámetro de funcionamiento y parámetro de salida particular.

[0106] En este ejemplo, el parámetro de funcionamiento OP-P es el flujo de entrada del sustrato Qin, que se establece a un valor nominal para el funcionamiento del digestor, y que puede sufrir una variación no deseada con el tiempo, si la entrada del sustrato se obstruye o la bomba funciona mal. Un fallo de funcionamiento asociado a Qin es, por lo tanto, un fallo de entrada del sustrato debido, por ejemplo, a una obstrucción o un mal funcionamiento de la bomba o válvula.

[0107] A continuación, se describirá en detalle un ejemplo de cómo se determina un estado de fallo, y después se aplica para detectar este fallo durante el funcionamiento del digestor anaeróbico, aprovechando la relación conocida entre el fallo y el flujo de entrada del sustrato Qin.

[0108] Etapa de preparación

[0109] - Selección de un parámetro de salida adecuado

[0110] En primer lugar, se calibran parámetros cinéticos del Modelo de Digestión Anaeróbica nº 1 (ADM1), que se seleccionó como el MM-AD que representa el proceso de un digestor anaeróbico en el que van a diagnosticarse fallos, como ya se conoce, tales como k<h>y B<0>.

[0111] A continuación, se realizan simulaciones con el ADM1 variando parámetros de funcionamiento, en este caso por lo menos el flujo de entrada del sustrato Qin, para un conjunto de valores alrededor del valor nominal a emplear en el funcionamiento del digestor, y difieren de este valor nominal; en las simulaciones, se obtienen valores correspondientes de varios parámetros de salida (véanse las tablas a continuación) para cada valor del flujo de entrada del sustrato Qin.

[0112] El valor nominal del flujo de entrada del sustrato Qin en este ejemplo se establece en 30000 L/d (litros/día), es decir 30 m<3>/d.

[0113] Los resultados de las simulaciones se muestran parcialmente en las siguientes tablas 1 a 8.

[0114] TABLA 1

[0116]

[0118] TABLA 2

[0120]

[0121] TABLA 3

[0123]

[0125] TABLA 4

[0127]

[0129] TABLA 5

[0131]

[0133] TABLA 6

[0135]

[0137] TABLA 7

[0139]

[0140]

[0142] Los resultados de las simulaciones que se indican en las tablas 1-4 muestran que algunos parámetros de salida, tales como nitrógeno orgánico No<rg>(TABLA 1), pH (TABLA 2), demanda química de oxígeno total COD<total>(TABLA 3), o biomasa metanogénica BM<met>(TABLA 4), experimentan variaciones muy pequeñas con una variación de Qin, por ejemplo, una variación de un 20%, o inferior, con un aumento de un 50% de Q<in>; en consecuencia, no son útiles para detectar una variación Q<in>y, por lo tanto, se descartan y no se emplean en el procedimiento para diagnosticar fallos.

[0143] Por el contrario, los resultados de las simulaciones mostradas en las tablas 5-7 muestran que otros parámetros de salida, tales como biogás (TABLA 5), metano (TABLA 6) o ácido acético Aac (TABLA 7), experimentan variaciones significativas, por ejemplo, una variación de un 66%, o superior, con un aumento de un 50% de Q<in>y, por lo tanto, son muy sensibles. Además, estos tres parámetros se miden comúnmente durante el funcionamiento del digestor anaeróbico y, por lo tanto, son útiles como parámetros de salida para emplearse en el diagnóstico de fallos tal como se describe aquí.

[0144] Los resultados de la simulación para hidrógeno H<2>se dan en la TABLA 8: tal como muestran los resultados, este parámetro de salida puede considerarse bastante sensible, y potencialmente útil como parámetro de salida para diagnosticar fallos: sin embargo, la salida de hidrógeno no se mide normalmente en plantas de digestión anaeróbica, y, por lo tanto, se descarta en este ejemplo.

[0145] En este ejemplo, y en base a los resultados de la simulación, se selecciona la salida de flujo de biogás (BGout en adelante) como parámetro de salida OUT-P a emplear, ya que presenta una variación importante con Qin, y también es un parámetro de salida que se mide típicamente durante el funcionamiento físico de digestores anaeróbicos. - Determinación del valor de referencia y desviación umbral

[0146] Tal como se ha explicado anteriormente, el valor de referencia para el parámetro de salida BGout es el valor determinado por el ADM1 para BGout cuando el valor Qin es el valor nominal previsto, es decir, el valor de Qin en el que está previsto o se planea que funcione el digestor anaeróbico.

[0147] Por ejemplo, para Qin nominal de 30000 L/d, la simulación ADM1 puede dar un valor de referencia RV de 342 m<3>/d para BGout, tal como se muestra en la TABLA 5 y en la figura 6, que es similar a la figura 3 que se ha descrito anteriormente.

[0148] En base, por ejemplo, a pruebas experimentales realizadas en el funcionamiento físico de digestores anaeróbicos, y/o en el conocimiento de operarios experimentados, se sabe que, en general, una cierta variación (disminución) de Qin respecto al valor nominal, cuando hay un cierto grado de obstrucción de la entrada del sustrato, siendo esta variación de Qin:

[0149] %Δ(Qin)= -5 %

[0150] Tal como se muestra por los resultados de las simulaciones en la TABLA 5, y tal como se representa gráficamente en la figura 6, en este ejemplo se determina que tal disminución de un 5% de Qin respecto al valor nominal da una desviación (disminución) de BGout respecto al valor de referencia de:

[0151] %Δ(BGout)= -17 %

[0152] Por lo tanto, al final de la etapa de preparación, se determina que el porcentaje de desviación umbral del parámetro de salida BGout que indica que la entrada de sustrato se está atascando es:

[0153] TD= -17 %

[0154] En otras palabras, si durante el funcionamiento del digestor un valor medido de la salida del flujo de biogás (en lo sucesivo, BGout<MV>, obtenido de sensores o del análisis de muestras de la salida de biogás, o de ambos) disminuye más allá de la desviación umbral TD de un 17% del valor esperado (en adelante, BGout<EV>, obtenido por el ADM1 que se está ejecutando en paralelo), esta desviación indica que la entrada del sustrato puede estar atascada, o que una bomba/válvula de entrada puede estar funcionando mal.

[0155] Se entenderá que el estado de fallo puede expresarse como una desviación porcentual, es decir,

[0157] BGout EV - BGout MV ×100 >17%

[0158] BGout EV

[0159] y puede expresarse igualmente como:

[0161] BGout EV - BGout MV >0,17

[0162] BGout EV

[0163] Este estado de fallo se aplicará en la etapa de funcionamiento posterior del procedimiento, tal como se describirá a continuación.

[0164] En otros ejemplos, puede seleccionarse un parámetro de salida diferente para diagnosticar un estado de fallo; o puede seleccionarse más de un parámetro de salida, por ejemplo, para una mejor precisión en el diagnóstico y/o para distinguir entre diferentes fallos de funcionamiento. Un procedimiento de preparación tal como se describe para Qin, BGout también puede llevarse a cabo para otros fallos de funcionamiento del digestor, por ejemplo, utilizando otros parámetros de funcionamiento OP-P, y/u otros parámetros de salida OUT-P, y obteniendo estados de fallo correspondientes.

[0165] Por ejemplo, otros fallos de funcionamiento que pueden diagnosticarse con procedimientos de acuerdo con esta descripción son descensos de temperatura debido a fallos del sistema de calentamiento, o variaciones en la carga orgánica del sustrato, tales como una concentración de carga orgánica más alta de la esperada, por ejemplo, debido a errores en las medidas de laboratorio, o a diluciones no detectadas de la carga orgánica.

[0166] Además, pueden utilizarse varios estados de fallo, basados en diferentes parámetros de salida OUT-P, o en combinaciones de varios parámetros de salida OUT-P, para determinar el mismo fallo de funcionamiento del digestor (por ejemplo, obstrucción de la entrada de sustrato); también pueden utilizarse combinaciones de estados de fallo, por ejemplo, de dos o más parámetros de salida OUT-P, para diagnosticar con más precisión el grado y/o la razón que hay detrás de un fallo de funcionamiento (por ejemplo, el grado de obstrucción de la entrada).

[0167] Etapa de funcionamiento

[0168] En la etapa de funcionamiento posterior, es decir, una etapa de producción, se hace funcionar el digestor con Qin a o alrededor de un valor nominal de 30000 L/d.

[0169] También se hace funcionar una simulación que utiliza el ADM1, en paralelo con el digestor, es decir, comenzando al mismo tiempo, y con los mismos parámetros cinéticos y de funcionamiento que el digestor físico, incluyendo Qin a un valor nominal de 30000 L/d, y con los parámetros cinéticos k<h>y B<0>calibrados, tal como se conoce en la técnica y tal como se ha descrito anteriormente para la etapa de preparación.

[0170] A lo largo del tiempo, por ejemplo, cada número predeterminado de horas, o diariamente, u otros, se obtienen valores medidos sucesivos BGout<MV>del flujo de biogás BGout, y se obtienen valores esperados o predichos sucesivos BGout<EV>a partir del ADM1, y se calcula la desviación del valor medido respecto al valor predicho, utilizando la fórmula:

[0172] Desviación BGout = BGout<EV>- BGout<MV>

[0173] BGout<EV>

[0174] Se entenderá que el cálculo se realiza con valores medidos y predichos correspondientes: es decir, el par de valor medido y el valor predicho en la fórmula anterior se refieren ambos sustancialmente al mismo momento de funcionamiento del digestor.

[0175] Si esta desviación se encuentra por encima de la desviación umbral TD obtenida en la etapa de preparación, entonces se determina la presencia de obstrucción o de un mal funcionamiento de la bomba/válvula en la entrada del sustrato del digestor.

[0176] En otras palabras, el estado de fallo se diagnostica utilizando el estado de fallo obtenido en la etapa de preparación anterior, y puede diagnosticarse un fallo de obstrucción de la entrada del sustrato si:

[0177] BGout EV - BGout MV > 0,17

[0178] BGout EV

[0179] Puede realizarse el mismo proceso para otros múltiples parámetros de salida OUT-P y fallos de funcionamiento, siempre que las desviaciones umbral correspondientes se hayan predeterminado en la etapa de preparación.

[0180] Tal como será claro a partir de la descripción anterior, después de realizar la etapa de preparación, el procedimiento no requiere medir o estimar los valores de parámetros de funcionamiento: permite diagnosticar fallos simplemente midiendo algunos parámetros de salida - que ya se miden en la mayoría de los digestores anaeróbicos - y ejecutando una simulación de MM-AD en paralelo con el funcionamiento del digestor.

[0181] OTROS EJEMPLOS

[0182] Pueden diagnosticarse otros estados de fallo de funcionamiento utilizando un procedimiento de acuerdo con la presente descripción.

[0183] A modo de ejemplo, a continuación se muestran otros fallos de funcionamiento, un conjunto correspondiente de parámetros de funcionamiento asociados, que se ha encontrado que varían cuando se produce ese fallo, y los estados de fallo correspondientes (basados en parámetros de salida que pueden medirse mediante sensores y/o por análisis de muestras durante el funcionamiento del digestor), que se derivaron realizando una etapa de preparación de un procedimiento de acuerdo con la presente descripción.

[0184] En las siguientes fórmulas, los fallos de funcionamiento caracterizados por respectivos estados de fallo, obtenidos mediante un proceso de preparación tal como se ha descrito anteriormente (por ejemplo, incluyendo los resultados de simulaciones tal como se muestra en la TABLA 5, TABLA 6 y TABLA 7, y resultados de otras simulaciones similares), son:

[0185] - Disminución de la temperatura interna del digestor;

[0186] - Sobrecarga orgánica (producida por un mayor caudal en la entrada del sustrato del digestor, o por una dilución errónea del sustrato) ; y

[0187] - Obstrucción o caudal reducido a la entrada del digestor.

[0188] Fallo de funcionamiento: Descenso de la temperatura interna del digestor

[0189] Parámetro de funcionamiento asociado: Temperatura de funcionamiento

[0190] Estado de fallo de parámetros de salida:

[0192] Biogas EV - Biogas MV >0,25

[0193] Biogas EV

[0194] y

[0196] Metano EV - Metano MV >0,20

[0197] Metano EV

[0198] Fallo de funcionamiento: Sobrecarga orgánica

[0199] Parámetros de funcionamiento asociados: flujo de entrada del sustrato y caracterización del sustrato

[0200] Estado de fallo de los parámetros de salida:

[0202] Biogas MV - Biogas EV >0,14

[0203] Biogas EV

[0204] y

[0206] Metano MV - Metano EV >0,20

[0207] Metano EV

[0208] En el que la sobrecarga se considera asociada a un aumento del flujo de entrada del sustrato si, adicionalmente: Aac MV - Aac EV

[0209] Aac >0,14

[0210] EV

[0212] De lo contrario, la sobrecarga puede ser causada por una dilución incorrecta del sustrato (caracterización del sustrato).

[0214] Fallo de funcionamiento: Disminución de la carga orgánica

[0216] Parámetro de funcionamiento asociado: Flujo de entrada del sustrato

[0218] Estado de fallo de los parámetros de salida:

[0220] Biogas EV - Biogas MV >0,17

[0221] Biogas EV

[0223] y

[0225] Metano EV - Metano MV

[0226] Metano >0,26

[0227] EV

[0229] En el que la disminución de la carga orgánica se considera asociada a una disminución del flujo de entrada del sustrato si, adicionalmente:

[0231] Aac EV - Aac MV >0,15

[0232] Aac EV

[0234] Y en el que la disminución de carga orgánica se considera asociada a una obstrucción si:

[0236] Biogas EV - Biogas MV >0,59

[0237] Biogas EV

[0239] y

[0241] Metano EV - Metano MV >0,77

[0242] Metano EV

[0244] y

[0246] Aac EV - Aac MV >0,30

[0247] Aac EV

[0249] En todas las fórmulas anteriores:

[0251] -Biogáses el flujo de salida de biogás;

[0252] -Metanoes el flujo de salida de metano;

[0253] -Aaces el contenido de ácido acético en el efluente;

[0254] - El subíndiceEVindica valor esperado (proporcionado por el MM-AD);

[0255] - El subíndiceMVindica valor medido (obtenido de lecturas de sensores y/o análisis de muestras).

[0257] Por razones de exhaustividad, se presentan en las siguientes cláusulas diversos aspectos de procedimientos de acuerdo con la presente descripción:

[0259] Cláusula 1. Procedimiento para diagnosticar fallos de funcionamiento durante el funcionamiento de un digestor anaeróbico, que comprende:

[0261] - una etapa de funcionamiento del digestor, en la que se ejecuta un modelo matemático de digestión anaeróbica (MM-AD) en un sistema informático, en paralelo con el funcionamiento físico de un digestor anaeróbico, para simular el funcionamiento del digestor a lo largo del tiempo, comprendiendo la etapa de funcionamiento del digestor:

[0262] - entrar en el MM-AD los valores nominales de los parámetros cinéticos y los parámetros de funcionamiento del digestor;

[0263] - iniciar el funcionamiento del digestor y la simulación del MM-AD;

[0264] - obtener a lo largo del tiempo valores medidos MV de un parámetro de salida OUT-P del digestor, utilizando sensores y/o análisis de muestras;

[0265] - obtener a lo largo del tiempo valores esperados EV del parámetro de salida OUT-P, tal como proporciona el MM-AD;

[0266] - comparar los valores medidos MV y los valores esperados EV del parámetro de salida OUT-P, a lo largo del tiempo;

[0267] - determinar que se está produciendo un fallo de funcionamiento si la desviación entre el valor medido MV y el valor esperado EV del parámetro de salida OUT-P se encuentra por encima de una desviación umbral predeterminada.

[0268] Cláusula 2. Procedimiento según la cláusula 1, que comprende, además:

[0269] - ejecutar una etapa de preparación antes de la etapa de funcionamiento, comprendiendo la etapa de preparación:

[0270] - seleccionar un fallo de funcionamiento a diagnosticar;

[0271] - seleccionar un parámetro de funcionamiento OP-P que está asociado al fallo de funcionamiento seleccionado; y

[0272] - ejecutar múltiples simulaciones utilizando un modelo matemático de digestión anaeróbica (MM-AD) ejecutado en un sistema informático, para:

[0273] - seleccionar un parámetro de salida OUT-P que varía con una variación del parámetro de funcionamiento OP-P; y

[0274] - determinar una desviación umbral del parámetro de salida OUT-P que indica que se está produciendo el fallo de funcionamiento; y

[0275] - utilizar dicha desviación umbral del parámetro de salida como la desviación de umbral predeterminada en la etapa de funcionamiento posterior del procedimiento.

[0276] Cláusula 3. Sistema para diagnosticar fallos de funcionamiento durante el funcionamiento de un digestor anaeróbico, comprendiendo el sistema:

[0277] - un sistema informático con un modelo matemático de digestión anaeróbica (MM-AD), y

[0278] - un procesador configurado para diagnosticar fallos durante una etapa de funcionamiento del digestor, en el que, en la etapa de funcionamiento del digestor, el MM-AD se ejecuta en paralelo con el funcionamiento físico de un digestor anaeróbico para simular el funcionamiento del digestor a lo largo del tiempo, estando configurado el procesador para:

[0279] - recibir, a lo largo del tiempo, valores medidos MV de un parámetro de salida OUT-P del digestor;

[0280] - recibir del MM-AD, a lo largo del tiempo, valores esperados EV del parámetro de salida OUT-P;

[0281] - comparar, a lo largo del tiempo, los valores medidos MV y los valores esperados EV del parámetro de salida OUT-P; y

[0282] - determinar que se está produciendo un fallo de funcionamiento si la desviación entre el valor medido MV y el valor esperado EV del parámetro de salida OUT-P se encuentra por encima de una desviación umbral predeterminada.

[0283] Los ejemplos de procedimientos y sistemas de acuerdo con cualquiera de estas cláusulas pueden comprender, además, cualquier combinación de etapas y/o características previstas en el conjunto de reivindicaciones adjunto. Aunque sólo se han descrito aquí varios ejemplos, son posibles otras alternativas, modificaciones, usos y/o equivalentes de los mismos. Además, también queda cubiertas todas las combinaciones posibles de los ejemplos descritos. Por lo tanto, el alcance de la presente descripción no debe limitarse por ejemplos particulares, sino que debe determinarse sólo por una interpretación apropiada de las siguientes reivindicaciones. Si en una reivindicación se incluyen entre paréntesis signos de referencia relacionados con los dibujos, éstos son únicamente para intentar aumentar la inteligibilidad de la reivindicación, y no se interpretarán como limitativos del alcance de la reivindicación. Además, aunque los ejemplos descritos con referencia a los dibujos comprenden aparatos/sistemas informáticos y procesos realizados en aparatos/sistemas informáticos, la invención también se extiende a programas informáticos, particularmente programas informáticos sobre o en un portador, adaptados para poner en práctica el sistema.

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para diagnosticar fallos de funcionamiento durante el funcionamiento de un digestor anaeróbico (10), que comprende:

- una etapa de preparación, en la cual se ejecuta un modelo matemático de digestión anaeróbica (MM-AD) en un sistema informático, comprendiendo la etapa de preparación:

- seleccionar (210) un fallo de funcionamiento a diagnosticar;

- seleccionar (210) un parámetro de funcionamiento OP-P que está asociado al fallo de funcionamiento seleccionado; y

- ejecutar (220) múltiples simulaciones en el MM-AD para:

- seleccionar (230, 240) un parámetro de salida OUT-P que varía con una variación del parámetro de funcionamiento OP-P; y

- determinar (250, 260, 270, 280) una desviación umbral del parámetro de salida OUT-P que indica que se está produciendo el fallo de funcionamiento; y

después de la etapa de preparación:

- una etapa de funcionamiento del digestor, en la cual se ejecuta un modelo matemático de digestión anaeróbica (MM-AD) en un sistema informático, en paralelo con el funcionamiento físico del digestor anaeróbico, para simular el funcionamiento del digestor a lo largo del tiempo, comprendiendo la etapa de funcionamiento del digestor: - entrar en el MM-AD valores nominales de parámetros cinéticos y parámetros de funcionamiento del digestor; - iniciar (410, 420) el funcionamiento del digestor y la simulación del MM-AD;

- obtener (430), a lo largo del tiempo, valores medidos MV del parámetro de salida OUT-P del digestor, utilizando sensores y/o realizando análisis de muestras;

- obtener (440), a lo largo del tiempo, valores esperados EV del parámetro de salida OUT-P, tal como proporciona el MM-AD;

- comparar (450) los valores medidos MV y los valores esperados EV del parámetro de salida OUT-P, a lo largo del tiempo;

- determinar (460) que el fallo de funcionamiento se está produciendo si la desviación entre el valor medido MV y el valor esperado EV del parámetro de salida OUT-P se encuentra por encima de la desviación umbral determinada en la etapa de preparación.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa de preparación comprende seleccionar más de un fallo de funcionamiento a diagnosticar y, para cada fallo de funcionamiento:

- seleccionar (210) un parámetro de funcionamiento OP-P que está asociado al fallo de funcionamiento seleccionado; y

- ejecutar (220) múltiples simulaciones en el MM-AD, para:

- seleccionar (230, 240), para cada parámetro de funcionamiento seleccionado OP-P, un parámetro de salida OUT-P que varía con una variación del parámetro de funcionamiento correspondiente OP-P; y

- determinar (250, 260, 270, 280), para cada parámetro de salida seleccionado OUT-P, una desviación umbral que indica que el fallo de funcionamiento seleccionado se está produciendo.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, que comprende, además, después de la etapa de preparación:

- una etapa de funcionamiento del digestor, en la cual se ejecuta un modelo matemático de digestión anaeróbica (MM-AD) en un sistema informático, en paralelo con el funcionamiento físico del digestor anaeróbico, para simular el funcionamiento del digestor a lo largo del tiempo, comprendiendo la etapa de funcionamiento del digestor:

- entrar en el MM-AD los valores nominales de los parámetros cinéticos y parámetros de funcionamiento del digestor;

- iniciar (410, 420) el funcionamiento del digestor y la simulación del MM-AD;

- obtener (430), a lo largo del tiempo, valores medidos MV del parámetro de salida OUT-P del digestor, utilizando sensores y/o realizando análisis de muestras;

- obtener (440) y comparar (450), a lo largo del tiempo, valores medidos MV y valores esperados EV de cada parámetro de salida seleccionado OUT-P, y

- determinar (460) que uno de los fallos de funcionamiento seleccionados se está produciendo si la desviación entre el valor medido MV y el valor esperado EV de uno de los parámetros de salida seleccionados OUT-P se encuentra por encima de la desviación umbral correspondiente determinada en la etapa de preparación.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de preparación comprende ejecutar (220) múltiples simulaciones en el MM-AD para determinar desviaciones umbral del parámetro de salida OUT-P que indican que se está produciendo el fallo de funcionamiento, durante por lo menos dos períodos de tiempo diferentes.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que las desviaciones umbral del parámetro de salida OUT-P que indican que se está produciendo el fallo de funcionamiento, se determinan durante un periodo de tiempo de un día.

6. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que las desviaciones umbral del parámetro de salida OUT-P que indican que se está produciendo el fallo de funcionamiento, se determinan durante un periodo de tiempo de varios días consecutivos.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que seleccionar un parámetro de salida OUT-P que varía con una variación del parámetro de funcionamiento comprende realizar un análisis de sensibilidad de parámetros de salida.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que el análisis de sensibilidad comprende:

- seleccionar varios parámetros de salida que pueden variar con una variación del parámetro de funcionamiento; - simular la variación de cada parámetro de salida, durante un período de tiempo predeterminado, cuando el parámetro de funcionamiento varía respecto a un valor nominal que se va a emplear en el funcionamiento del digestor; y

- comparar las variaciones durante el período de tiempo predeterminado de la pluralidad de parámetros de salida, para la misma variación del parámetro de funcionamiento; y

- seleccionar por lo menos un parámetro de salida para el cual la variación en el tiempo es mayor que para otros parámetros de salida.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de preparación comprende calibrar los parámetros cinéticos del MM-AD de un digestor anaeróbico en el que se van a diagnosticar fallos.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de funcionamiento comprende calibrar los parámetros cinéticos del MM-AD del digestor anaeróbico.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que por lo menos un parámetro de salida seleccionado es el flujo de salida de biogás del digestor anaeróbico, y/o el flujo de salida de metano del digestor anaeróbico.

12. Sistema para diagnosticar fallos de funcionamiento durante el funcionamiento de un digestor anaeróbico, comprendiendo el sistema:

- un sistema informático (70) con un modelo matemático de digestión anaeróbica (MM-AD), y

- un procesador (60) configurado para realizar el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.

13. Sistema digestor anaeróbico, que comprende:

- un digestor anaeróbico (10);

- unos sensores (50), y/o un sistema de recogida de muestras, para obtener mediciones de parámetros de salida durante el funcionamiento del digestor anaeróbico (60); y

- un sistema para diagnosticar fallos de funcionamiento durante el funcionamiento del digestor anaeróbico, según la reivindicación 12.